Production de pétrole et de gaz / Pétrole et gaz

PCC Rokita SA

À l’avenir, le processus de membrane remplacera progressivement l’ancien processus de fusion dans les électrolyses chlore-alcalin. La production de chlore du complexe chimique polonais PCC Rokita SA favorise depuis le processus écologique et économe en énergie développé par ThyssenKrupp Uhde. Un échangeur de chaleur à plaques entièrement soudé en titane permet d'assurer un fonctionnement sûr en amenant le gaz chloré à la bonne température afin que rien ne puisse empêcher un traitement plus sécuritaire.

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La chimie du chlore est souvent désignée comme le cœur de l’industrie chimique. Près de 60 pour cent du chiffre d'affaires réalisé par cette branche de l'industrie dépend directement ou indirectement de la chimie du chlore. Les produits de la chimie du chlore vont du chlorure de polyvinyle (PVC) pour les châssis et les canalisations d’égouts au polyuréthane pour les isolations thermiques et au polycarbonate pour les applications informatiques. Le matériau de base pour l’électrolyse chlore-alcalin est une solution aqueuse de chlorure de sodium à partir de laquelle le chlore, la solution de soude caustique et l’hydrogène sont produits dans différents processus avec un design spécifique des cellules d’électrolyse. Aujourd’hui, le processus de membrane est utilisé dans environ deux tiers des grandes usines car les produits finis, à savoir Cl2, H2 et NaOH sont très purs, mais nécessitent un apport énergétique global nettement inférieur. En outre, ce processus se déroule sans aucun mercure controversé d'un point de vue environnemental. C'est pourquoi l'Association européenne de l'industrie, Euro Chlor, s'est engagée à ne pas construire de nouvelles usines selon la méthode de la fusion. Toutes les centrales existantes seront soit fermées soit converties d'ici la fin 2020. La société chimique polonaise PCC Rokita SA située dans la petite ville de Brzeg Dolny suit également cette voie. Ce site produit non seulement des composés chlorés et du chlore, mais aussi des polyalcools, des colorants, des agents actifs de surface et des dérivés phosphorés. Par le passé, une installation d’électrolyse chlore-alcalin basée sur le processus de fusion y était en service. Avec la modernisation du site, une partie de l’usine a été transformée en processus de membrane écologique, permettant ainsi une augmentation de la capacité de production jusqu’à 120 000 tonnes de chlore par an. Parallèlement, la consommation en énergie (plus de 20 %) et les émissions de CO2 sont réduites et les eaux usées contenant des polluants sont évitées grâce à des circuits fermés.

Un séchage fiable du gaz chloré produit ait office de facteur décisif dans la poursuite de traitement. Pour ce faire, le chlore est refroidi de 86 degrés à 40 degrés dans le cadre d'une première étape de refroidissement, condensant ainsi la vapeur saturée contenue dans le gaz chloré. « Par le passé, nous avons toujours utilisé un échangeur de chaleur à coque-tube pour cette étape du processus, mais à cet endroit précis, l'espace était extrêmement limité », explique le Dr Andreas Cruse, chef de projet de ThyssenKrupp Uhde et responsable de la mise en place de la nouvelle installation d'électrolyse chlore-alcalin basée sur le processus de membrane. PCC Rokita avait déjà acquis de l’expérience avec des échangeurs de chaleur à plaques Kelvion dans une autre usine à cet endroit précis. C'est pourquoi ils étaient tout à fait prêts à utiliser ce type de système dans la section de traitement du chlore de l'application exigeante d'électrolyse chlore-alcalin.

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Cependant, pour assurer un fonctionnement sûr, l’échangeur de chaleur à plaques devait répondre à des exigences particulières. L’un des flux de produits est constitué de gaz chloré corrosif humide et l’autre d’eau fluviale pré-traitée utilisée pour le refroidissement. Cette eau contient toujours des impuretés qui peuvent rapidement provoquer des dépôts empêchant le bon fonctionnement. « Compte tenu des exigences formulées sur le matériau, le système a dû être entièrement construit à partir de titane », ajoute le Dr. Cruse en parlant d'une autre exigence. La corrosion des plaques d’échangeur de chaleur faisant également partie des critères importants. Pour permettre un transfert de chaleur efficace et un fonctionnement sûr en même temps, les canaux d'écoulement doivent être très fins et toujours conçus de manière à ce que les deux dépôts de l'eau de la rivière ne mettent pas en danger le fonctionnement et que les unités puissent être facilement nettoyées. « Finalement, nous avions besoin d’un échangeur de chaleur sans joints et avec une ondulation de plaque optimale », comme le Dr Cruse pour résumer les exigences initiales. Kelvion étant une entreprise très expérimentée dans la soudure de titane, le choix s'est fait en faveur de l’échangeur de chaleur à plaques de titane K°Bloc entièrement soudé réalisé par Kelvion PHE GmbH. L’idée sous-jacente est que le K°Bloc rassemble deux ondulations de plaques différentes de manière innovante. Les plaques sont disposées avec un angle de 90 degrés les unes par rapport aux autres et elles sont soudées ensemble, formant ainsi différents canaux de contre-flux. L’échangeur de chaleur se compose de quatre colonnes, d’une plaque inférieure et d’une plaque supérieure ainsi que de quatre panneaux de poussée latérales avec des connexions intégrées. Tous les composants du cadre sont boulonnés et peuvent donc être débarqués facilement pour le nettoyage et la maintenance de l'ensemble de plaques. « Nous avons décidé d'utiliser le système d'ondulation à deux nappes en raison des contaminations possibles dans l'eau de la rivière », déclare le Dr Cruse. Avec une puissance de 5 000 kW, le flux de chlore est refroidi à 40 degrés. Dans une autre étape de refroidissement, le gaz chloré est refroidi de manière à atteindre sa température finale. Fabrication de qualité maximale Le gros défi de la fabrication de cet échangeur de chaleur était de souder le titane dans une atmosphère sans oxygène car c’est en effet le seul moyen d’éviter les couleurs tempérées. Pour ce faire, l’appareil est rincé avec de l’argon pendant plusieurs heures afin de retirer l’oxygène même du dernier angle. Après cela, l’échangeur de chaleur est traité dans un sarcophage et manipulé avec des gants d'enfants - ce qui est vrai dans les faits puisque toutes les personnes impliquées dans la fabrication portent des gants. La fabrication prend plusieurs mois et de nombreuses étapes sont réalisées à la main. Parallèlement, Kelvion PHE GmbH a étendu sa capacité de fabrication, notamment pour ces cas particuliers. Et la soudure automatisée de titane est désormais possible. Cependant, de nombreuses étapes manuelles seront également nécessaires à l’avenir pour répondre à ces exigences particulières. « Les exigences en matière d’étanchéité étaient très strictes et élevées, en particulier en raison de la corrosion de la fissure très crainte », explique le Dr Cruse. Des efforts de tests étendus étaient donc nécessaires avant d’installer cet échangeur de chaleur pour vérifier l’étanchéité de l’unité. Après avoir franchi avec succès cette étape, l’installation du K°Bloc ne posait plus aucun problème. « La coopération et la gestion de projet étaient très satisfaisantes », résume le Dr Cruse. Grâce à sa conception compacte – l’unité affiche une taille d’environ un mètre cube – ce qui lui permettait d'être intégrée dans l’usine de manière quasiment transparente. C’est la raison pour laquelle dans les rénovations et conversions en particulier, un échangeur de chaleur à plaques est fréquemment sélectionné ; un échangeur de chaleur de type tube nécessiterait au moins deux fois plus d’espace.

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